导电纤维_一种新型功能性纺织材料
导电纤维
导电纤维作为功能性纤维的主力军已经渐渐打入人们的生产生活中,以其良好的导电性、众多的种类以适应不同应用等特点而被广泛用于防静电纺织品、电磁屏蔽纺织品、传感型材料以及伪装侦察材料。
尤其是在日渐成熟的防静电纺织品领域里,但其可纺性、抗化学性等有待提高。
导电纤维发展至今可以分为金属纤维、碳纤维、高分子导电纤维、复合导电纤维。
还有一些其他导电纤维。
考虑到市场上的应用和产品的适用性,市面上用的最广的导电纤维是复合导电纤维。
复合导电纤维是一种将炭黑,TiO2、SnO2、ZnO、CuI等导电微粒添加到聚合物中而得到的导电纤维,其导电原理为导电填料在聚合物填充体系中的含量达到临界点时,导电粒子在基体中形成导电通道,聚合物从绝缘体转变为半导体,从而使自身电阻急剧下降,起到导电,即防静电的作用。
其导电性主要取决于所用粒子的类型、聚合物的类型、导电粒子在基体的分散形式、聚合物基体的形态以及材料的成型工艺。
在这些导电微粒中,考虑到颜色,耐候等性能,导电钛白粉微粒在导电纤维中运用的最广泛。
钛白粉作为各方面性能较好的填料,广泛的应用在涂料,塑料,橡胶和化纤的行业中。
日本石原作为老牌的钛白粉生产企业,它各个型号的钛白粉都被各行业需求。
在导电化纤里面,石原的导电钛白粉ET-521W得到了很好的应用。
这款钛白粉用的是Sno2/Sb做的包膜,石原改进了该钛白粉在热塑性树脂中的分散性,以确保人工合成纤维中导静电的要求。
并且在塑料材料中也具有很高的分散性,确保了塑料产品的高导电性和高白度。
作为优良的白色颜填料,它也不会影响纤维的色泽。
由于ET-521W导电性能优良,因此在做导电微粒时添加量不用过多,不会影响纤维的可纺织性。
复合纤维由于其良好的导电、耐洗、耐磨、抗弯曲等性能而广泛用于工业、家纺产品,如防静电服、鞋、帽、羊毛衫,羊绒衫等等。
而大量添加导电粒子降低了成纤聚合物的可纺性,使纤维的成品率下降,成本上升,同时也影响纤维的力学、纺织性能。
导电纤维在新型纺织品中的应用进展
第31卷㊀第6期2023年11月现代纺织技术AdvancedTextileTechnologyVol.31ꎬNo.6Nov.2023DOI:10.19398∕j.att.202303015导电纤维在新型纺织品中的应用进展谢金林1ꎬ张㊀京1ꎬ郭宇星2ꎬ赵志慧2ꎬ邱㊀华1ꎬ顾㊀鹏1ꎬ2(1.江南大学纺织科学与工程学院ꎬ江苏无锡㊀214122ꎻ2.江西恩达麻世纪科技股份有限公司ꎬ江西新余㊀336600)㊀㊀摘㊀要:近年来随着科技的发展以及人类生活水平的提升ꎬ以导电纤维∕纱线为原料织造而成的现代新型纺织品在抗静电㊁电磁屏蔽㊁传感等领域得到了巨大的进展ꎮ然而由于传统金属导电纤维手感差及传统碳纤维难以进行色彩再加工等原因ꎬ限制了传统导电纤维在现代纺织品尤其是智能纺织品上的发展与应用ꎮ结合近年来国内外导电纤维领域的研究成果ꎬ从导电纤维的分类㊁制备方法㊁应用等几个角度出发ꎬ综述了导电纤维在新型纺织品中的应用进展ꎮ文章将导电纤维分成无机导电纤维㊁有机导电纤维和复合导电纤维等三大类ꎬ介绍了导电纤维的制备方法ꎬ如纺丝法㊁涂覆导电层法等ꎻ然后着重介绍了导电纤维在抗静电㊁抗电磁辐射和纤维基柔性传感器中的应用ꎻ最后ꎬ文章总结了导电纤维近年来的发展和应用趋势ꎬ并指出其在发展中面临的亟待解决的问题ꎮ期望导电纤维不仅在传统的抗静电㊁抗辐射领域发挥作用ꎬ而且能与物理㊁电子等学科进行交叉ꎬ在智能可穿戴电子器件㊁柔性能源存储及多功能纺织品等领域广泛应用ꎮ关键词:导电纤维ꎻ柔性纤维ꎻ抗静电ꎻ电磁屏蔽ꎻ智能可穿戴设备中图分类号:TS102.5㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:1009 ̄265X(2023)06 ̄0241 ̄14收稿日期:20230310㊀网络出版日期:20230608基金项目:江苏省产学研项目(BY20221191)ꎻ江西省揭榜挂帅重大项目(20213AAE02017)作者简介:谢金林(2000 )ꎬ女ꎬ湖北荆门人ꎬ硕士研究生ꎬ主要从事导电材料与智能穿戴方面的研究ꎮ通信作者:顾鹏ꎬE ̄mail:peng.gu@jiangnan.edu.cn㊀㊀随着现代科学技术的不断发展和人类生活品质的不断改善ꎬ纺织品的保暖㊁蔽体㊁美观等作用已经无法满足人们日益增长的需求ꎬ许多功能性纺织品顺时而生ꎮ为了提高纺织品的附加值ꎬ市场对多功能㊁新颖㊁高附加值的纤维需求量很大ꎮ近年来ꎬ随着智能穿戴的兴起与航空航天特种装备的发展ꎬ导电纤维的研究与开发逐渐成为研究的热点与焦点ꎮ导电纤维可用于传感器㊁防静电服装㊁电磁干扰屏蔽面料㊁信号传输和交互纺织品中ꎬ用导电纤维制得的导电纺织品因为其优良的抗静电㊁抗电磁辐射性能而深受市场的喜爱ꎮ因此ꎬ导电纺织品不仅在纺织行业ꎬ而且在电子制造㊁汽车工业㊁军工等领域都有广泛的应用前景ꎮ导电纤维一般指在20ħ㊁相对湿度65%的条件下电阻率小于107Ω cm的纤维ꎬ是功能性纤维里的一个重要品种[1]ꎮ20世纪中叶ꎬ随着科技的发展和电子产品的革新换代ꎬ静电对人类生产生活的影响凸显ꎬ人们逐渐重视其对身体健康的负面影响ꎬ并开始将视线转移到开发抗静电纤维上来ꎬ因此世界上第一种金属导电纤维 ̄美国 Brunsmet 由此应运而生ꎮ而中国最早的导电纤维是1983年由长沙矿冶研究院率先研发出来的不锈钢纤维[2]ꎮ金属导电纤维以不锈钢㊁铜㊁铝等金属为导电原料ꎬ将金属丝从模具中反复拉伸制得ꎮ然而ꎬ金属导电纤维有着较多的缺点:与其他纤维混纺时抱合力差㊁加工困难且制成的纺织品手感差ꎻ同时在生产极细单丝时生产成本高ꎬ制成的纺织品性能差ꎮ而后又出现了碳纤维ꎬ碳纤维一般是以腈纶㊁粘胶㊁沥青纤维为原丝ꎬ经过碳化或石墨化处理后制得的导电纤维ꎬ导电性能优良ꎮ但因其价格高并不适合普通的防静电织物方面的应用ꎮ因此ꎬ科研人员正持续地对新型导电纤维进行研究探索ꎮ目前ꎬ制备导电纤维的较为合理且研究量较大的方式是在纤维的表面涂上一层导电皮层ꎬ或者将导电物质与成纤高聚物共混或复合纺丝ꎮ本文综述了导电纤维材料的分类㊁制备方法及其导电纤维在纺织品加工中的应用ꎬ并对现阶段导电纤维的应用和发展提出了展望ꎮ1㊀导电纤维材料1.1㊀导电纤维的分类1.1.1㊀无机导电纤维无机导电纤维主要分为金属导电纤维和无机非金属导电纤维ꎮ金属导电纤维是由一根不锈钢丝经过模具的反复拉伸而制得的ꎬ具有良好的导电性ꎬ其电阻率可达10-4~10-5Ω cm[3]ꎮ除不锈钢之外ꎬ其他的金属元素如铜㊁铝等也是很好的制造金属导电纤维的原料ꎬ他们的导电性㊁耐热和抗化学侵蚀性都十分优异ꎮ金属导电纤维自身的导电性能㊁导磁性能㊁耐高温性能以及导热性能都十分优良ꎬ在与其他普通纤维进行混纺时ꎬ可使混纺纱具有抗静电㊁抗电磁辐射和抗菌功能ꎮ但是这种模具拉伸法制得的金属导电纤维存在缺陷:在与其他纤维混纺时ꎬ抱合力差ꎬ易断裂ꎬ制成的织物手感差ꎬ服用性能差ꎻ这些缺点限制了其应用和发展ꎮ为了减少上述缺点在纺织品生产中造成的不良影响ꎬ德国纺织机械和高性能材料技术研究所(ITM)综合考虑到金属纤维的高刚性和高脆性ꎬ在传统纺纱工艺的基础上ꎬ开发出了以刨花金属短纤维为原料ꎬ集拉伸㊁纺纱过程于一体的纺纱工艺链来生产纯金属纱线ꎬ这种方法一定程度上改善了织物的手感和服用性能ꎬ延伸了金属纤维的应用范围[4]ꎮ另一种常见的无机导电纤维 无机非金属导电纤维ꎬ主要是指碳纤维ꎮ导电碳纤维主要是以腈纶㊁粘胶等纤维为原丝ꎬ经过碳化㊁石墨化等处理而制成的一种新型的纤维状材料ꎮ碳纤维既具有碳材料导电的特性ꎬ又具备纤维的柔软性和可纺性ꎮ而且碳纤维是电阻的负温度系数导体ꎬ相对湿度对其导电性的影响不大ꎻ同时碳纤维导电成分均一ꎬ具有强度高㊁导电性好㊁耐热㊁耐腐蚀等优点[5 ̄6]ꎮ碳纤维由于其质轻高强㊁优异的导电性㊁高模量等特点ꎬ一般作为复合材料中的编织增强组分ꎬ与金属㊁陶瓷㊁树脂等进行复合ꎬ用于对传统金属㊁金属合金的轻量化替代ꎬ大规模应用主要有自行车车架㊁汽车零部件ꎮ但是碳纤维价格昂贵ꎬ不适宜大规模的衣物生产ꎮ且碳纤维的颜色为黑色ꎬ难以进行色彩的再加工ꎬ无法满足纺织品色彩多样化的需求ꎮ因此ꎬ碳纤维在纺织品领域应用受限ꎮ1.1.2㊀有机导电纤维有机导电纤维主要为导电聚合物类纤维ꎬ通常由导电聚合物本身纺丝成型ꎬ不需要复杂的导电物质掺杂ꎮ1977年ꎬ日本筑波大学的白川英树(Shirakawa)课题组在合成聚乙炔薄膜时由于操作失误ꎬ加入过量催化剂而合成得到了高取向顺式聚乙炔ꎮ随后ꎬ白川英树与美国化学家Heeger及MacDiarmid合作发现经五氟化砷掺杂后的聚乙炔具有良好的导电性ꎬ电导率可达103S∕cmꎬ达到了金属级别ꎮ由此ꎬ导电聚合物的发现开创了有机导电纤维的新纪元ꎮ聚乙炔是最早被系统性研究的一类导电聚合物ꎬ随后ꎬ聚吡咯㊁聚噻吩㊁聚苯胺等导电高分子被广泛研究[7]ꎮ一般情况下ꎬ由于导电高分子的熔点高于其分解温度ꎬ因而不能用熔融纺丝法制备ꎬ主要使用溶液纺丝法ꎮ导电纤维的性能与聚合物本身的相对分子质量㊁溶解性㊁纺丝成型方法和掺杂方法等有关ꎮ聚吡咯是一种杂环共轭型导电聚合物ꎬ导电聚吡咯具有共轭链氧化㊁对应阴离子掺杂结构ꎬ其电导率可达102~103S∕cmꎬ拉伸强度可达50~100MPaꎬ其还具有良好的生物相容性㊁快速可逆的氧化还原反应以及高能量负载等优点ꎬ是一种优良的导电材料[8]ꎮ聚吡咯可由吡咯单体通过化学氧化法或者电化学方法制得ꎮ聚噻吩也是一种常见的导电聚合物ꎬ其制备过程简单ꎬ且具有良好的稳定性和电化学性能而受到研究者们的广泛关注ꎬ其合成方法有化学氧化聚合法㊁电化学聚合法㊁光电化学沉积法等[9]ꎮ相比其他高聚物ꎬ聚噻吩具有更好的环境稳定性ꎬ不会降解为有害物质ꎬ较为安全环保ꎮ聚噻吩的导电原理由掺杂和共轭体系实现ꎬ其主要掺杂类型有两种:P型掺杂与N型掺杂ꎮ经掺杂后的聚噻吩ꎬ其电导率大大提高ꎮ聚吡咯和聚噻吩都可通过溶液纺丝法直接制成导电纤维ꎮ相比于聚吡咯和聚噻吩纤维ꎬ聚苯胺纤维是研究最为广泛的导电聚合物纤维ꎮ聚苯胺是一种带有共轭双键的结构型导电聚合物ꎮ具有合成方法简单㊁化学稳定性和热稳定性好㊁电导率高和电化学性能好ꎬ在抗静电㊁电磁屏蔽㊁传感器件等领域应用广泛[10]ꎮ聚苯胺导电纤维的制备方法也较为成熟ꎬ一般先将聚苯胺溶解于N ̄甲基 ̄2 ̄吡咯烷酮(NMP)㊁LiCL∕NMP或浓硫酸中来制成纺丝液ꎬ再采用湿法纺丝法ꎬ将纺丝液在凝固浴中拉伸制242 现代纺织技术第31卷得聚苯胺纤维ꎮ通过少量质子酸处理后ꎬ电导率一般为0.1~10S∕cmꎬ并可以通过改变质子酸处理的浓度及时间来对聚苯胺纤维的电导率进行一定程度的调节ꎬ这也是其他纤维所不具备的特有的性质[11]ꎮ虽然用聚吡咯㊁聚噻吩和聚苯胺等导电高聚物可以直接纺丝制成有机导电纤维ꎬ但由于这些高分子主链中高度共轭的结构使得分子链僵直ꎬ难于溶解和熔融ꎬ使聚合物的纺丝成形和后加工都比较困难ꎮ另外ꎬ有些聚合物中的氧原子容易与水发生反应ꎻ有些聚合物单体毒性较大ꎬ合成过程比较复杂ꎻ这些都大大增加了成形加工的难度与成本ꎮ到目前为止ꎬ聚合物直接纺丝而成的导电纤维尚且难以大规模应用于纺织品ꎬ而将聚合物与其他导电物质复合或共混纺丝制成复合导电纤维能有效地解决这一问题[12]ꎮ1.1.3㊀复合型导电纤维复合型导电纤维ꎬ其基本原理是将金属材料㊁导电高分子㊁碳基材料等多种导电材料与普通纤维进行复合ꎬ或对纤维或纱线基体进行改性ꎬ来制备导电纤维ꎮ复合型导电纤维较常用的加工方法主要有共混纺丝法和表面涂覆导电层法ꎮ复合型导电纤维兼具导电性与传统纤维的抗摩擦㊁抗屈曲㊁抗氧化和抗腐蚀的能力ꎬ它很容易与其他的纤维进行抱合混纺或交织ꎬ还拥有优异㊁持久的导电性ꎮ所以ꎬ该类纤维在产业纺织品㊁服装等领域有着广泛的应用ꎮ1974年ꎬ美国杜邦公司首先研制出了名为AntronIII的皮芯复合导电纤维ꎬ这种纤维以聚乙烯为芯ꎬ聚酰胺66(PA66)为皮ꎮ自此以后ꎬ世界上主要的化工企业相继投入到了对含炭黑成分的复合导电纤维的研发中ꎮ然而炭黑复合导电纤维的颜色一般都是灰黑色ꎬ这就制约了它的使用范围ꎮ因此ꎬ从20世纪80年代ꎬ人们开始对导电性纤维的白色化进行深入的研究ꎮ不同国内外团队先后利用铜㊁银㊁镍㊁镉等金属硫化物㊁碘化物和氧化物作为导电性材料ꎬ通过复合纺丝ꎬ制备出了满足不同着色要求的白色导电纤维ꎮ1989年ꎬGregory等[13]以锦纶为基体ꎬ利用原位吸附聚合法ꎬ使苯胺在纤维表面进行氧化聚合ꎬ从而使其能够在纤维表面上均匀地沉积ꎬ并渗透到纤维内部ꎮ这种方法制备出的导电纤维由于其渗透到纤维内部的交织结构使其具有较高的皮芯稳定性ꎬ因此导电性十分持久ꎮ除了以锦纶等合成纤维为基体来制备导电纤维外ꎬ研究人员还将天然纤维作为基体来制造导电性能优异的抗静电纤维ꎬ充分发挥基体天然纤维具有的保暖㊁抗菌㊁吸湿排汗等特性ꎮ比如ꎬFoitzik等[14]通过化学气相聚合法ꎬ在羊毛织物表面均匀的覆盖一层导电高聚物ꎬ导电聚噻吩层使织物表面的电导率得到了显著提升ꎮ近年来ꎬ由于纳米科技的进步ꎬ新型纳米复合导电纤维逐渐被开发出来[15]ꎮ各种形貌的纳米颗粒可以填充导电网络中的空位ꎬ使导电通路更加顺畅ꎬ进一步提升导电纤维的电导率ꎮWang等[16]发现从木材等自然资源中分离出来的纤维素纳米原纤维具有很强的机械性能ꎬ高的热稳定性ꎬ光学透明性和易于功能化的特性ꎬ这对于制造高性能电子设备非常重要ꎮ通过湿法纺丝纺制可再生纤维素纳米纤维(CNF)和银纳米线(AgNW)来获得导电的AgNW ̄CNF纤维ꎮWang等[16]通过实验发现ꎬAgNWs的负载量对CNF ̄AgNW纤维的导电性有着重要影响ꎮ中空CNF ̄AgNW纤维以质量分数为30%~40%的AgNW负载比形成ꎬ其中40%含量的CNF ̄AgNW中空纤维实现了6.8ˑ105S∕m的高电导率ꎮ由于CNF ̄AgNW纤维具有很高的柔韧性和良好的机械性能ꎬ因此可以很容易地与其他可商购的纤维进行编织或整合ꎬ具有广阔的应用前景ꎮ除了将银纳米线负载到CNF上制备导电纤维之外ꎬZhou等[17]还以CNF为基体ꎬ通过界面合成法ꎬ将导电金属 ̄有机框架(c ̄MOF)纳米涂层均匀地负载到CNF上ꎬ最终制备了CNF@c ̄MOF复合纳米导电纤维ꎮ制备过程如图1(a)所示ꎮ由于c ̄MOF具有高导电性ꎬ使得该复合纳米导电纤维展现出100S∕m的超高电导率ꎮ与此同时MXene作为一种二维层状纳米材料ꎬ同样拥有极高的电导率㊁快速的离子扩散性和高可逆表面氧化还原反应性ꎮZhang等[18]将小MXene(S ̄MXene)和大MXene(L ̄MXene)依次涂覆到棉纱和棉织物上ꎬ分别制备了SL ̄MXene导电棉纱(SL ̄MY)和导电棉织物(SL ̄MF)ꎬ制备过程如图1(b)所示ꎮ该导电棉织物的电导率可达到2020S∕mꎬ电磁屏蔽效能可以达到42.7dBꎬ且在洗涤50次后ꎬ其电磁屏蔽效能还能保持在33.6dBꎮ342第6期谢金林等:导电纤维在新型纺织品中的应用进展图1㊀两种复合导电纤维及织物的制备过程Fig.1㊀Preparationprocessoftwocompositeconductivefibersandfabrics2 导电纤维的制备方法导电纤维的制备方法有很多种ꎬ大体上可分为纺丝法和纤维表面涂覆导电层法ꎬ也有一些其他的方法ꎬ如拉伸法和碳化法ꎮ下文将对导电纤维的制备方法进行简单的介绍ꎮa)纺丝法ꎮ纺丝法是制备纤维的重要方法之一ꎮ在纺丝工艺中ꎬ又分为共混或复合纺丝法和聚合物直接纺丝法ꎮ其中ꎬ共混或复合纺丝法即采用各种导电物质如金属氧化物㊁有机物等与成纤高聚物经纺丝法制得纤维的方法ꎮ聚合物直接纺丝是指采用湿法纺丝法将导电聚合物(例如聚乙炔㊁聚苯胺㊁聚吡咯㊁聚噻吩等)纺丝溶液从喷丝头的喷丝孔中压出ꎬ在凝固浴中冷却ꎬ直接纺成纤维的方法ꎬ湿法纺丝过程如图2(a)所示[19 ̄20]ꎮ薛超等[21]以碳纳米管(CNT)㊁液体金属(LM)㊁热塑性聚氨酯(TPU)等为基材ꎬ以N ̄二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂ꎬ以去离子水(DMF)为凝固浴ꎬ采用湿法纺丝法ꎬ制备CNT∕LM∕TPU复合导电纤维ꎮ该试验结果表明ꎬ当纤维被拧得更紧时ꎬ其横截面会增加ꎬ而当纤维的电阻率一定时ꎬ横截面的增加会降低其电阻ꎬ从而提升导电性ꎮ微控流纺丝是一种以传统湿法纺丝为基础ꎬ开发出的一种可以生产微米级纤维的新型纺丝技术ꎬ这种技术可以通过对微通道中微尺度液体的控制ꎬ实现对纤维的尺寸和形貌的微观控制[22]ꎮSrivastava等[23]采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)的微流控装置ꎬ利用微442 现代纺织技术第31卷控流技术ꎬ并采用一步和两步纺丝法ꎬ实现了对聚乙烯吡咯烷酮及聚吡咯纳米纤维的可控制备ꎮ该实验结果表明ꎬ基于PDMS的微控流装置可形成多射流纺丝源ꎬ具有快速成型的优势ꎬ且制成的导电纳米纤维在生物传感㊁智能导电织物上都有很大的应用潜力ꎮ静电纺丝技术也是制备导电纤维的一种重要的工艺ꎬ其原理是聚合物或熔体在强电场中直接喷射纺丝ꎬ可生产长径比大㊁比表面积大的纳米级纤维[24]ꎬ已经被广泛应用于多个领域ꎮ另一种常见的湿法纺丝是浮动催化化学气相沉积(FCCVD)法也叫化学气相沉积直接纺丝法ꎬ是制备碳纳米管(CNT)纤维的常用方法[25]ꎬ流程工艺如图2(b)所示ꎮ用该方法制备的CNT纤维具有优异的机械性能㊁超高的电导率和极佳的化学稳定性ꎬ在导电多功能织物㊁智能可穿戴设备以及超级电容器电极材料中应用广泛[26]ꎮ图2㊀导电纤维的常用制备方法Fig.2㊀Commonpreparationmethodsforconductivefibers㊀㊀b)纤维表面涂覆导电层法ꎮ纤维表面涂覆导电层法是指采用一定的方法在纤维表面形成一层可导电的物质ꎬ如镀覆法和原位合成法ꎮ采用超临界流体(SCF)技术在纤维上镀一层金属使纤维获得良好的导电性是镀覆法的一种ꎬ国内外学者正致力于芳纶㊁聚酯和锦纶等合成纤维在该技术中的研发ꎮ但是ꎬ目前采用SCF技术对纤维表面进行镀金属时ꎬ仍面临着许多问题ꎬ比如:纤维与金属板之间的黏附性较低等ꎮ且该技术在应用过程中ꎬ对材料的耐热性要求较高ꎬ制约了天然纤维在这种技术中的应用ꎮCho等[27]将腈纶浸泡在铜盐溶液中ꎬ使铜离子与腈纶纤维的氰基络合ꎬ在纤维表面生成铜硫化物ꎬ以提高腈纶纤维的导电性ꎮ由日本蚕毛印染公司生产的 SSN 纤维以日本帝人公司生产的 T ̄25542第6期谢金林等:导电纤维在新型纺织品中的应用进展纤维(电阻率在107~108Ω cm之间)和聚苯胺(PAN)纤维为原料ꎬ并且将碘化亚铜(CuI)涂覆在纤维表面ꎬ制备导电纤维ꎮ中国还以PAN和聚酰胺(PA)为基体生产出了名为EC ̄N的导电纤维[28]ꎮ共聚接枝法作为原位合成法的一种ꎬ是将合适的支链或功能侧基以化学方式结合到大分子链段上ꎬ从而制备出性能优良的改性纤维的方法ꎮ与传统的物理涂覆㊁涂层等方式相比ꎬ共聚接枝法是一种化学改性ꎬ它的物理化学性质更加优良ꎬ并且其耐用性㊁稳定性也更高ꎮ范洁[29]以苯胺单体为原料ꎬ采用接枝共聚的方法使苯胺单体(PANI)在环氧氯丙烷(ECIP) ̄聚乙烯醇(PVA)的表面进行接枝聚合ꎬ制备了ECIP ̄PVA∕PANI复合导电纤维ꎮ相似的工作还有将MOF㊁MXene以及石墨烯等导电材料通过化学方法原位锚固在纤维表面[30]ꎮc)其他方法ꎮ拉伸法是制备金属丝导电纤维的主要方法ꎬ其又分为单丝拉伸法和集束拉伸法ꎬ用这两种方法生产的纤维直径约为8~35μmꎬ与熔融纺丝法生产的纤维直径几乎相同[31]ꎮ采用切割法制备的纤维直径一般在15~300μm之间ꎮ结晶析出法可以得到的纤维的最小直径在0.2~8.0μm之间ꎬ采用这种方法可以得到较短的纤维ꎮ主要用于抗静电地毯㊁工装布料的生产以及无纺布的生产制造ꎮ采用碳化工艺对纤维进行深加工也是当前普遍采用的一种方式ꎮ普通纤维(如聚苯胺纤维㊁纤维素纤维㊁沥青纤维等)经过碳化后ꎬ纤维的导电性可以得到大幅度提高ꎮ以碳纤维为例ꎬ其导电㊁导热等特性优异ꎬ但其模量较大韧性小ꎬ所以在传统纺织服装领域的应用受到限制ꎮ目前ꎬ主要将聚丙烯腈纤维低温碳化来制备碳导电纤维用于产业用纺织品上[32]ꎮ3㊀导电纤维在纺织品中的应用3.1㊀抗静电功能织物的静电现象是指纤维表面的静电荷由于不能及时泄漏掉而产生的静电荷积聚现象ꎮ在纺织品的生产加工过程及使用中ꎬ静电现象表现得尤其明显ꎮ为了减少静电现象给人类生产活动带来的不便ꎬ研究人员们将眼光重点投入到了导电纤维的研究中[33]ꎮ现已生产出的导电纤维ꎬ从整体上来讲ꎬ生产工艺主要有两类:一类是普通合成纤维表面或者内部引入亲水性基团ꎬ从而使得它在特定的环境湿度温度下ꎬ拥有日常生产生活中所需的抗静电性ꎻ还可以对纤维进行接枝改性ꎬ或与亲水性纤维进行混纺㊁交织ꎬ从而使纤维的导电性得到改善[34]ꎮ另一类是直接将导电长丝嵌入普通合成纤维中ꎬ或将导电短纤维与普通纤维混纺ꎬ使制得的织物获得导电性ꎮ这两类抗静电纤维的作用原理不同ꎬ前者采用一种化学改性的方式ꎬ通过提高纤维的回潮率来增加导电性ꎮ这是由于水的导电性很强ꎬ通过吸收微量的水ꎬ可以改善物质的导电性ꎬ还可以给电荷提供一个传递媒介ꎬ促使离子朝着相反的电极运动ꎬ从而使得大部分的静电泄漏该原理是 漏电 效应ꎬ但材料的静电性会随湿度的下降而降低ꎮ而后者则是通过电磁场作用ꎬ产生自身电晕放电ꎬ从而使纤维附近的空气被电离ꎬ产生正㊁负离子ꎮ空气中的正(负)电荷与织物表面的负(正)电荷相互抵消ꎬ从而消除了静电[35]ꎮ为了探讨有机导电性短纤维对织物的抗静电性的影响ꎬ伏广伟等[36]以聚酯纤维和棉为原料ꎬ利用不同的纺纱方式ꎬ将不同比例的有机导电性短纤维与其混纺ꎬ并对织物的导电性进行了研究和评价ꎮ该研究表明ꎬ当导电性纤维用量相同时ꎬ环锭纱比转杯纱导电性好ꎻ当有机导电纤维的质量分数达到4%左右的时候ꎬ织物的比表面积电阻会下降到107~109Ω∕cm2ꎬ这样就能够达到抗静电的需求ꎬ如果再提高它的含量ꎬ不但会增加成本ꎬ还会影响到织物的服用性能ꎮ南燕等[37]通过分析不同类型导电非金属复合纤维的结构和性质ꎬ设计开发了涤纶导电织物ꎬ最终织物的初始面密度和洗涤50次的电荷密度都小于10μc∕m2ꎬ明显低于基础织物的电荷密度ꎮ林燕燕等[38]用嵌织法将导电性碳黑尼龙长丝复合ꎬ制成了涤纶抗静电织物并探讨了导电长丝含量㊁结构㊁种类和嵌入形式等因素对纤维的抗静电性的影响ꎮ该研究发现ꎬ当纤维中导电纤维的含量增加时ꎬ纤维的抗静电性也会随之增加ꎬ但增加到一定程度后ꎬ抗静电性的变化不再明显ꎬ增加幅度十分微小ꎻ在不同的织物结构中ꎬ缎纹织物的抗静电性能最好ꎻ拉伸变形丝(DTY)型导电复合丝织物比全拉伸丝(FDY)型具有更好的抗静电性ꎻ经纬双向嵌入导电纤维ꎬ其织物抗静电性优于仅单向嵌入导电纤维的织物ꎮXu等[39]将磺化碳纳米管(SCNT)掺入有机抗静电剂(OAA)中制成混合抗静电剂ꎬ并将其涂在纤维表面以构建皮芯导电纤维ꎬ制备方法如图3所示ꎮ由于磺酸基团的存在ꎬSCNTs具有良好的分散性ꎬ继而使SCNTs均匀地分散在纤维表面ꎮ当SCNTs∕OAA的添加质量分数为0.5%~2.0%时ꎬ纤维具有优异的抗静电能力ꎮ642 现代纺织技术第31卷图3㊀抗静电皮芯结构导电纤维的制备Fig.3㊀Preparationofconductivefiberswithantistaticleathercores3.2㊀抗辐射与电磁屏蔽特性电磁污染 是一种由电磁辐射引起的有害人体健康的现象ꎬ一般是指:当电磁辐射的能量超出了人类或者周围的环境所能承受的极限时ꎬ它会对人类和环境造成伤害及污染ꎬ进而影响人类及环境动植物的健康ꎮ随着人类生活条件的逐步改善ꎬ电子产品在生活中无处不见ꎮ从微波炉到电磁炉ꎬ从手机到笔记本电脑ꎬ甚至是目前大力发展的新能源汽车ꎮ电磁污染在人类生活中无处不在极为常见[40]ꎮ在多种电磁屏蔽防护材料中ꎬ其中一种就是用导电纤维做成的电磁屏蔽纺织品ꎮ该种由导电纤维制成的电磁屏蔽织物在受到外界电磁波作用时ꎬ可以产生感应电流同时形成与外部磁场相反的磁场ꎬ与外部磁场相互抵消ꎬ进而达到纺织品电磁屏蔽效果ꎮXiong等[41]首先采用湿法纺丝技术制备了大量的MXene短纤维ꎬ后采用一种绿色和新颖的湿法组装方法ꎬ将MXene短纤维组装成非织造MXene纤维织物(MFF)ꎮ所制备的织物多孔且重量轻ꎬ同时表现出708S∕cm的高导电性ꎮ此外ꎬMFF在107μm的厚度下表现出75.0dB的出色电磁(EMI)屏蔽效果㊁出色的焦耳加热能力(在3.5V电压下高达370ʎC)和出色的光热转换能力ꎬ在EMI屏蔽㊁可穿戴智能服装和多功能织物中显示出巨大的潜力ꎮWang等[42]将聚吡咯改性Ti3C2Tx沉积到聚对苯二甲酸乙二酯织物的表面ꎬ制备了既有良好透气性又有优异电磁屏蔽性且防水的织物ꎮ该织物的电导率高达1000S∕mꎬ当织物厚度为1.3mm时ꎬ电磁屏蔽效能值高达90dBꎮ高导电性过渡金属碳∕氮化物(MXene)纳米片同时具有很高的电磁波吸收和内外部抵消作用ꎬ相比于传统碳纳米材料更适于制备电磁屏蔽织物ꎮLiu等[43]通过同轴湿法纺丝方法ꎬ以导电MXene为核层ꎬ芳纶纳米纤维(ANF)为壳层ꎬ制备出超韧㊁高强㊁高导电和环境稳定性好的ANF@MXene核壳纤维ꎮ高度取向的ANF@MXene核壳纤维解决了MXene纤维的导电性能和高力学性能不能兼得的难题ꎬ兼顾了高导电㊁超韧性㊁高拉伸强度和环境稳定性ꎮ3.3㊀纤维基柔性传感器相比于近年来出现的平面型柔性传感器ꎬ纤维基柔性传感器不仅具有质轻㊁柔韧性好㊁透气性好等优点ꎬ而且纤维状的器件结构便于与织物结合ꎬ展现出优异的透气性和舒适度ꎬ在可穿戴健康监控㊁运动识别等方面具有重要的应用价值ꎮ在天然纤维㊁合成纤维㊁超强合成纤维三大类纤维的基础上ꎬ研究人员开发出了多种纤维基柔性传感器ꎮ3.3.1㊀天然纤维基柔性传感器在天然纤维中ꎬ棉纱的应用较为广泛ꎮQi等[44]以棉纱为纤维基底ꎬ采用静电纺丝技术将碳纳米管(CNT)嵌入到聚氨酯(PU)纳米纤维中ꎬ通过与镍涂覆面纱复合构成压阻传感单元ꎬ再利用编织技术构建出一个三维的㊁有弹性的㊁多孔的㊁可用来监测二维空间中压力分布的网络结构ꎬ如图4(a)所示ꎮ不同的CNT添加质量时传感器电阻R随压力变化示意如图4(b)所示ꎬCNT浓度越大对传感器电阻变化影响越明显ꎬ且相对电阻随着施加压力的增大而呈现指数型下降ꎮ在0.001~1N范围内该传感器具742第6期谢金林等:导电纤维在新型纺织品中的应用进展。
导电纤维分类
导电纤维分类导电纤维是一种具有导电性能的纤维材料,它可以在纺织品、电子器件等领域发挥重要作用。
根据导电纤维的不同特性和用途,可以将其分为以下几类:一、金属导电纤维金属导电纤维是指以金属材料制成的具有导电性能的纤维。
常见的金属导电纤维包括铜纤维、银纤维和金纤维等。
这些金属导电纤维具有良好的导电性能和机械性能,可以用于制作导电布料、导电织物、导电网格等。
金属导电纤维还可以用于制作导电纤维传感器、导电纤维电缆等。
二、碳纤维碳纤维是一种由碳元素组成的纤维材料,具有很高的导电性能。
碳纤维可以通过石墨化、碳化等工艺制备而成。
碳纤维具有轻质、高强度、耐腐蚀等优点,广泛应用于航空航天、汽车、体育器材等领域。
碳纤维还可以用于制作导电布料、导电纤维复合材料等。
三、导电聚合物纤维导电聚合物纤维是一种以导电聚合物为主要成分的纤维材料。
导电聚合物纤维具有良好的柔软性、可塑性和导电性能,可以用于制作柔性电子器件、智能纺织品等。
常见的导电聚合物纤维有聚苯胺纤维、聚噻吩纤维等。
四、导电纤维复合材料导电纤维复合材料是一种将导电纤维与其他纤维或基质材料复合制备而成的材料。
导电纤维复合材料综合了导电纤维和其他材料的优点,具有优异的导电性能和机械性能。
导电纤维复合材料可以用于制作导电纤维传感器、导电纺织品、导电复合材料电缆等。
五、导电纤维涂层导电纤维涂层是一种将导电材料涂覆在纤维表面形成的导电层。
导电纤维涂层可以提高纤维的导电性能、抗静电性能和耐腐蚀性能。
导电纤维涂层可以用于制作导电纺织品、导电电缆等。
导电纤维按照材料类型可以分为金属导电纤维、碳纤维和导电聚合物纤维等;按照制备方式可以分为导电纤维复合材料和导电纤维涂层等。
这些导电纤维在不同领域具有广泛的应用前景,为纺织品、电子器件等行业的发展提供了新的可能性。
未来,随着科技的进步,导电纤维的种类和应用领域还将不断扩展。
导电纤维针织面料的特点是什么
导电纤维针织面料的特点是什么导电纤维是指在聚合物中混入导电介质所纺制成的化学纤维或金属纤维、碳纤维等。
具有远高于抗静电纤维的优异的消除和防止静电的性能,且比电阻值持久不变莠基本上不受湿度影响。
导电纤维可用于抗静电纺织品、防电磁辐射纺织品、智能纺织品和军工纺织品等领域。
1.抗静电纺织品导电纤维是以电子导电为机理的功能纤维,通过电子传导和电晕放电来消除静电。
由于纤维内部含有自由电子,其抗静电特性无湿度依赖性;导电纤维的电荷半衰期短,在任何情况下,都能在极短的时间内消除静电,利用导电纤维来防止静电的产生和危害具有广泛的环境适应性。
用导电纤维制成的具有抗静电效果的工作服,适用于油田、石油加工、煤矿、电子工业、感光材料工业以及其他易燃易爆的场合,也适合于作为无尘无菌服或特种过滤材料等。
2.防电磁辐射纺织品电磁屏蔽是采用低电阻率的导电材料对电磁流具有的反射和引导作用,在导体材 料内部产生与原磁场相反的电流和磁极化,从而减弱原电磁场的辐射效果。
日本应用表面敷铜的导电纤维混纺或制成非织造布,现已大量用于电磁波屏蔽和吸收材料,如作轮船的电磁波吸收罩等。
那么为什么要选择有导电纤维针织面料呢?下面来一一为大家讲解一下,首先从国内外的应用经验来看,被覆型和复合型有机导电纤维最适合于制备永久性的抗静电纺织品。
从纺织产品抗静电功能的需求特征来看,导电纤维应着重发展两大类品种:第一类,适应民用纺织品各种染色性能需要的金属化合物复合白色高电导有机导电纤维;第二类,适应特殊功能纺织品(如无尘无菌防爆工作服、电磁屏蔽织物等)需要的炭黑涂敷或炭黑复合高电导有机导电纤维。
导电纤维作为一类重要的智能材料,已引起了国内外材料界的广泛关注,其研究和开发正方兴未艾,并在服装、传感器及产业用纺织品等方面具有良好的应用前景。
可以相信,随着科学技术的进步,智能材料将不断发展。
导电纤维作为制造智能纺织品的主要品种之一,必将在材料领域取得越来越重要的地位。
新型导电纤维材料在电子织物中的应用
新型导电纤维材料在电子织物中的应用随着科技的不断进步和人们对智能化生活的需求不断增长,电子织物作为一种新兴的技术手段逐渐受到广泛关注。
而导电纤维材料作为电子织物的重要组成部分,其应用对于电子织物的功能和性能起到决定性的作用。
本文将就新型导电纤维材料在电子织物中的应用进行探讨。
一、导电纤维材料的基本原理导电纤维材料是一种具有导电性能的纤维材料,其导电特性可以通过导电纤维材料内部的导电材料实现。
常见的导电材料包括导电聚合物、金属纤维以及碳纳米管等。
导电纤维材料通过导电材料的导电特性,能够实现在电子织物中传导电流的功能。
二、导电纤维材料在电子纺织品中的应用1. 传感功能:导电纤维材料可用于制作各类传感器,例如温度传感器、压力传感器和湿度传感器等。
这些传感器的制作利用了导电纤维材料的导电性,能够实时感知周围环境的变化,并将相关信息传输给智能终端设备,实现智能控制。
2. 柔性显示:导电纤维材料可以制作成灵活柔性的显示屏,用于制作智能衣物或智能家居产品等。
这些显示屏可以根据需要进行弯曲或折叠,适应不同物体表面,并能显示出各种信息,提供更加人性化、便携式的智能交互。
3. 功率传输:导电纤维材料能够实现电能的传输,用于电子织物中的功率传输功能。
通过导电纤维材料,电能可以在织物之间传输,为电子设备提供能量支持,避免了传统电线布线的繁琐,实现了电子织物的便携性和灵活性。
4. 生物医疗:导电纤维材料可以用于制作生物医疗材料,例如导电纤维织物可以用于制作健康监测产品,实现对人体健康状态的实时监测。
此外,导电纤维材料还可以用于制作电刺激材料,用于神经刺激和组织修复等医疗应用。
5. 防护功能:导电纤维材料可以用于制作防护服装和防护织物,例如防静电服、防火织物等。
导电纤维材料的导电特性可以有效地防止静电积聚和电火花的产生,保护人体和周围环境的安全。
三、导电纤维材料在电子织物中的挑战与展望尽管导电纤维材料在电子织物中的应用前景广阔,但仍面临一些挑战。
纺织行业的功能性纤维材料
纺织行业的功能性纤维材料近年来,纺织行业的发展取得了巨大的突破,其中功能性纤维材料的应用越来越受到人们的关注。
功能性纤维材料是指在纤维材料的基础上添加一系列的特殊功能,使其具备更多的用途和应用领域。
本文将介绍纺织行业常见的功能性纤维材料及其特点。
一、防水纤维材料防水纤维材料是经过特殊处理的纤维材料,具有出色的防水性能。
这些纤维材料经过涂覆、膜处理等工艺,形成一层薄膜或者涂层,有效地防止水分渗透。
防水纤维材料广泛应用于户外服装、雨具、鞋子和家居用品等领域,为人们的生活带来了便利。
二、阻燃纤维材料阻燃纤维材料是指在纤维材料的基础上加入一定的阻燃剂,使其具有良好的阻燃性能。
这些纤维材料在遇到火焰时,能够迅速断开燃烧链,有效地减少火灾事故造成的损失。
阻燃纤维材料广泛应用于防火服装、座椅材料和建筑材料等领域,提高了人们的生活安全。
三、抗菌纤维材料抗菌纤维材料是指在纤维材料中加入一定的抗菌剂,能够抑制细菌和真菌的生长。
这些纤维材料广泛应用于医疗用品、内衣和床上用品等领域,有效地预防细菌感染,保障人们的健康。
四、导电纤维材料导电纤维材料是指具有导电性能的纤维材料,能够传导电流。
这些纤维材料用于智能服装、电子设备和医疗电极等领域,使得智能化的产品更加便捷和实用。
五、变色纤维材料变色纤维材料是添加了可变色染料的纤维材料,可以根据环境温度、湿度和光照等条件发生颜色变化。
这种纤维材料应用于时尚服饰、室内装饰和玩具等领域,给人们带来了更加多彩的生活。
六、抗紫外线纤维材料抗紫外线纤维材料经过特殊处理,能够很好地吸收和阻挡紫外线的侵害。
这些纤维材料广泛应用于户外服装、阳伞和汽车座椅等领域,有效地保护人们的皮肤免受紫外线的伤害。
总结:功能性纤维材料的应用为纺织行业带来了许多新的发展机遇。
随着科技的不断进步,功能性纤维材料的研发和应用将会更加广泛,为人们的生活带来更多的便利和安全。
纺织行业在不断创新的同时,也需要加强相关标准的制定和质量监管,确保功能性纤维材料的质量和可靠性。
16导电纤维的分类
导电纤维分为哪些种类?
导电纤维是指在标准状态(20℃, 65%相对湿度)时,电阻率在107Ω·cm以下的纤维,是上世纪60年代出现的一种新的功能性纤维,导电纤维纺织产品在电子业、服装、医药及精密仪器等领域都有重要的应用。
根据导电纤维的成分特点可以分为四大类:
(1)金属类导电纤维:主要利用金属的导电性能,通过直接拉丝法制成金属纤维;或是采用金属喷涂法,将普通纤维先进行表面处理,再用真空喷涂法或化学电涂法将金属沉降在纤维表面,使纤维具有金属一样的导电性;
(2)炭黑系导电纤维:利用炭黑的导电性能制作导电纤维,如将炭黑与普通化学纤维制成皮芯型、橘瓣型的导电复合纤维,也可通过在普通纤维表面涂上炭黑,或是将某些纤维炭化处理使纤维具有导电性;
(3)金属系导电纤维:以铜、银等的硫化物、碘化物或氧化物为导电材料,通过与成纤高聚物混合、吸附于纤维表面或是通过化学反应覆盖于纤维表面而制成导电纤维,此类导电纤维因添加的金属离子种类不同还可具有抗菌、除臭等附加功能;
(4)导电高分子型纤维:由聚乙炔、聚苯胺、聚毗咯、聚曝吩等高分子导电物质直接纺丝制成的有机导电纤维,或是将导电高分子物质吸附在纤维表面使纤维具有导电性能。
概述涤纶导电纤维以及下游纱线的具体生产方法
概述涤纶导电纤维以及下游纱线的具体生产方法【作者:顾超英】一、涤纶纤维的定义涤纶是合成纤维中的一个重要品种,是我国聚酯纤维的商品名称。
它是以精对苯二甲酸(PTA)或对苯二甲酸二甲酯(DMT)和乙二醇(EG)为原料经酯化或酯交换和缩聚反应而制得的成纤高聚物——聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET),经纺丝和后处理制成的纤维。
二、涤纶纤维的性能1.涤纶纤维强度比较高如涤纶短纤维强度为2.6-5.7cN/dtex,高强力纤维为5.6-8.0cN/dtex。
由于吸湿性较低,它的湿态强度与干态强度基本相同。
耐冲击强度比锦纶高4倍,比粘胶纤维高20倍。
弹性好。
弹性接近羊毛,当伸长5%-6%时,几乎可以完全恢复。
耐皱性超过其他纤维,即织物不折皱,尺寸稳定性好。
弹性模数为22-141cN/dtex,比锦纶高2-3倍。
2.涤纶纤维吸水性好3.耐磨性好耐磨性仅次于耐磨性最好的锦纶,比其他天然纤维和合成纤维都好。
4.耐光性好但是耐光性仅次于腈纶。
5.耐腐蚀可耐漂白剂、氧化剂、烃类、酮类、石油产品及无机酸。
耐稀碱,不怕霉,但热碱可使其分解。
6.易产生静电涤纶纤维在纺织和工业领域中的应用非常广泛,但是涤纶纤维的疏水性和绝缘性导致其在干燥环境下容易积累静电,静电放电不仅对人体有害,而且会成为可燃气体或粉尘的点火源引起爆炸和火灾。
为防止静电引起各种灾害,如何赋予涤纶纤维导电性能成为近年来的研究热点。
三、涤纶导电纤维的生产方法在涤纶导电纤维的制备方法中,通常的熔融纺丝技术,是通过熔融共混法,将碳黑、金属或金属氧化物等导电填充粉体分散在聚酯熔体中,所制备的涤纶导电纤维具有较好的导电耐久性。
一般可采用复合纺丝设备制备涤纶复合导电纤维,也可采用共混物直接制备涤纶导电纤维。
复合导电纤维发展较快,但由于特殊的纺丝工艺而导致其成本较高。
在共混物直接纺丝中,为了达到较低的体积比电阻,通常加入含量较高的导电粉体,缺点是使可纺性变差,而且会导致纤维强度有所下降。
功能性涤棉导电面料[发明专利]
专利名称:功能性涤棉导电面料专利类型:发明专利
发明人:蒋忠,王娟,陈小云
申请号:CN201110106318.4申请日:20110427
公开号:CN102758291A
公开日:
20121031
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明公开了一种功能性涤棉导电面料,由经纱和纬纱垂直交织而成,所述经纬纱由涤棉混纺纱线和导电纤维纱线构成,所述导电纤维纱线呈均匀间隔排列。
本发明提供的功能性涤棉导电面料结构合理,具有良好的抗静电性、耐摩擦性,可广泛用于服装、毛毯、包装材料、汽车座椅垫等制品。
申请人:南通绿芭蕉纺织品有限公司
地址:226316 江苏省南通市经济技术开发区通盛大道1号附8号
国籍:CN
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新型导电纤维材料在智能穿戴中的应用
新型导电纤维材料在智能穿戴中的应用近年来,随着科技的快速发展和人们生活水平的提高,智能穿戴设备已成为时尚潮流的一部分。
智能手表、智能眼镜、智能运动手环等智能穿戴设备正在改变人们的生活方式和行为习惯。
作为智能穿戴设备的重要组成部分,新型导电纤维材料在其应用中发挥着关键作用。
本文将探讨新型导电纤维材料在智能穿戴中的应用,以及其所带来的创新和便利。
首先,让我们了解一下什么是导电纤维材料。
导电纤维材料是一种具有导电功能的纤维材料,它能够传输电流和数据信号。
与传统的导电金属相比,导电纤维材料具有柔软、轻便、透明等特点,更适合应用于智能穿戴设备。
导电纤维材料的应用领域包括智能服装、智能体育用品、智能医疗器械等。
接下来,我们将重点讨论导电纤维材料在智能穿戴设备中的应用。
一、导电纤维材料在智能手表中的应用智能手表作为目前最受欢迎的智能穿戴设备之一,导电纤维材料在其应用中发挥着重要作用。
首先,导电纤维材料可以用于智能手表的表带制作,使得手表具备了传输电流和数据信号的功能。
这使得智能手表可以实现更多的功能,如心率监测、血压检测、运动追踪等。
其次,导电纤维材料制成的表带柔软舒适,更加贴合手腕,提高了佩戴舒适度。
二、导电纤维材料在智能眼镜中的应用智能眼镜是近年来新兴的智能穿戴设备,导电纤维材料在其应用中也起到了关键作用。
首先,导电纤维材料可以用于智能眼镜的导电线路和传感器部分,实现眼镜的智能化功能。
通过导电纤维材料,智能眼镜可以接收和传输数据信号,实现语音控制、智能导航等功能。
其次,导电纤维材料制成的眼镜鼻托可以感应人体温度、湿度等信息,提供更加舒适的佩戴体验。
三、导电纤维材料在智能运动手环中的应用智能运动手环作为健康追踪和运动记录的重要工具,导电纤维材料在其应用中可以发挥出色的作用。
首先,导电纤维材料可以用于手环的感应器制作,通过感应人体各项数据,如心率、步数等,实现数据的采集和传输。
其次,导电纤维材料制成的手环材料柔软、轻便,不会对佩戴者的皮肤造成不适,提高了佩戴的舒适度和可持续性。
导电纤维研究报告范文
导电纤维研究报告范文导电纤维研究报告一、引言导电纤维是一种能够传导电流的纺织材料。
它的研究和应用领域广泛,例如可用于智能纺织品、电子设备、生物医学等方面。
本报告旨在探讨导电纤维的制备方法、性能特点和应用前景。
二、制备方法导电纤维的制备方法多种多样,本文主要介绍两种常用的方法:添加导电纤维和纳米材料复合纺纱法、电纺法。
1. 添加导电纤维和纳米材料复合纺纱法:该方法是将导电纤维和纳米材料经过特殊处理后与普通纤维进行复合纺织。
导电纤维能够通过与普通纤维的相互作用,将电流传导给纤维全体,从而使整个纺织品具有导电性能。
2. 电纺法:电纺法是一种利用高压电场将导电材料溶液喷射成纤维的方法。
通过改变电纺参数,可以调节纤维的直径和致密度,从而实现导电纤维的制备。
三、性能特点导电纤维具有以下特点:1. 良好的导电性能:导电纤维可以将电流有效传导,使得纺织品具备了导电功能,可以应用于智能纺织品、电子设备等领域。
2. 轻薄柔软:导电纤维具有细小的直径和柔软的性质,使得其可以与其他纤维进行复合纺织,不影响纺织品的柔软性和舒适性。
3. 耐磨性好:导电纤维经过特殊处理,具有较好的耐磨性能,能够承受一定的摩擦和拉伸。
四、应用前景导电纤维在各个领域都具有广泛的应用前景。
以下是几个典型的应用领域:1. 智能纺织品:导电纤维可以用于制造智能服装、智能家居用品等,实现与人体的交互和数据传输,如智能运动衣、智能床上用品等。
2. 电子设备:导电纤维可以用于制造柔性电子设备,如柔性电子屏、可穿戴设备等,具备轻便、柔软、舒适的特点。
3. 生物医学:导电纤维可以用于制备生物医学传感器、心电图贴片等,实现对人体生理状态的监测,有助于医学诊断和治疗。
五、结论导电纤维作为一种新兴的功能性纺织材料,在智能纺织品、电子设备、生物医学等领域具有广阔的应用前景。
未来研究应进一步探索导电纤维的制备方法、性能调控及其在其他领域的应用。
导电纤维用途
导电纤维用途导电纤维是一种具有导电性能的纤维材料,可以用于各种领域的应用。
下面将详细介绍导电纤维的用途。
首先,导电纤维在电子领域有着广泛的应用。
导电纤维可以用于制造导电线路、电子元件和电子设备。
例如,导电纤维可以用于制造柔性电子产品,如可穿戴设备、智能手表和智能衣物。
导电纤维可以作为柔性电路板的基材,用于连接各种电子元件,实现电子设备的功能。
此外,导电纤维还可以用于制造电子纺织品,如智能织物和电热织物。
这些电子纺织品可以用于医疗保健、智能家居和航空航天等领域。
其次,导电纤维在能源领域也有着重要的应用。
导电纤维可以用于制造柔性太阳能电池和柔性电池。
柔性太阳能电池可以将太阳能转化为电能,用于供电或储存能量。
柔性电池可以用于电子设备、智能家居和电动车等领域。
导电纤维还可以用于制造能量收集装置,如能量收集地毯和能量收集衣物。
这些能量收集装置可以通过人体运动或环境能量收集能量,用于供电或储存能量。
此外,导电纤维在传感器领域也有着广泛的应用。
导电纤维可以用于制造压力传感器、温度传感器和湿度传感器等。
这些传感器可以用于测量和监测各种物理量,如压力、温度和湿度。
导电纤维还可以用于制造生物传感器,如心率传感器和血氧传感器。
这些生物传感器可以用于监测人体健康状况,如心率和血氧饱和度。
导电纤维还可以用于制造环境传感器,如空气质量传感器和水质传感器。
这些环境传感器可以用于监测环境污染和水质污染等。
此外,导电纤维还可以用于制造智能纺织品和智能家居产品。
导电纤维可以与其他纤维材料混纺,制成具有导电性能的纺织品。
这些智能纺织品可以用于制造智能衣物、智能床上用品和智能家居产品。
智能纺织品可以通过与电子设备的连接,实现各种功能,如温度调节、光照控制和健康监测等。
导电纤维还可以用于制造智能窗帘和智能地板等智能家居产品,实现智能家居的自动化和智能化。
总之,导电纤维具有广泛的应用前景。
它可以用于电子领域、能源领域、传感器领域和智能家居领域等。
智能纺织品中的导电聚合物
由 提供打印智能智能纺织纺织纺织品中的品中的品中的导电导电导电聚合物聚合物2008年10月6日Don Rosato传导性 导电纤维 智能衬衫 存在与纺织品太阳能电池中的导电聚合物SMIT 中的中的导电导电导电聚合物聚合物智能/交互式纺织品(Smart/interactive textiles ,SMITs )是一种新型的纺织技术产品。
导电聚合物作为导电纤维,在智能纺织品的开发和大规模的应用中发挥着重要的作用。
未来的布料和织物不但可以对穿用者和环境形成保护,还会具有智能的特色,例如可以作为多功能传感器或计算设备。
我们可以预见到导电聚合物在军事、运动、医药、工业以及消费产品领域中的应用。
尽管具有电学性能的纺织品或智能纺织品的应用还处于初级阶段,但是可以预见的是,这类纺织品会对防护服、医用纺织品以及其他纺织产品和应用的市场产生更为广泛的影响。
智能纺织品可以感知到来自环境的电学刺激、热刺激、化学刺激、磁性刺激以及其他的刺激,并且利用织物结构中的功能部分对这些刺激进行适应或响应。
到目前为止,美国军队在智能纺织品SMIT 技术的研发和应用中处于领先地位,而这类产品的应用领域包括人体装甲、人工肌肉、生物化学风险防护、以及计算处理。
这类相同的技术当中,许多也存在民间和商业的潜在应用。
导电纤维获得导电纤维有几种不同的方法。
第一种方法是以合成导电聚合物类似的方法来合成导电纤维。
尽管这些纤维具有良好的导电性,但是并没有办法应用于纺织品中。
原因在于这类导电纤维有限的弹性限制了它们的应用可能性。
第二种方法是将普通的非导电纤维与导电聚合物纤维进行混合。
这种方法的优点在于导电纱线具有与纯的非导电纱线相同的机械性能。
导电型聚苯胺和传统的尼龙或聚酯纤维有可能用于生产诸如混合导电性和非导电性的纤维。
第三种方法是使用含有导电碳分子夹杂物的聚合物来合成纤维。
但是这种方法也对纤维的机械性能有所限制。
最后一种方法是对纤维进行镀金。
智能智能衬衬衫纺织工程公司Sensatex 作为一家新兴的技术私营公司,在智能纺织品材料的研发、生产和应用方面处于领先的地位。
导电纤维
聚苯胺导电纤维高102 张杰 1008062055 摘要:聚苯胺导电纤维因其制备方法的不同而呈现不同的导电性能,是一种具有良好应用前景的纤维材料。
简要介绍了聚苯胺的结构与性质,概述了国内外聚苯胺导电纤维制备的发展现状,详细阐述了聚苯胺导电纤维的各种制备方法。
关键词:聚苯胺;导电纤维;原位聚合;溶液纺丝;熔体纺丝;静电纺丝自1977年发现聚乙炔(polyacetylene,PA)薄膜经过碘掺杂后呈现金属电导特性起,便进入了对导电聚合物(inherently conductive polymers,ICPs)进行广泛研究的时代。
研究者相继发现聚苯胺(polyaniline,PANI)、聚吡咯(polypyrrole,PPY)、聚噻吩(polythio—phene,PTh)、聚对苯撑乙等多种共轭结构高分子经掺杂后具有高的电导率。
在上述导电高聚物中,聚苯胺具有原料价格低廉、合成简单、电导率较高、在空气中稳定性好、具有独特的掺杂现象等特点,被认为是最有前途的导电高聚物[1 ]。
其中聚苯胺导电纤维是近年来聚苯胺研究领域的一个重点。
导电纤维不仅可以用于服装满足消除静电、吸收电磁波的要求,同时由于电信号的探测和传输是探测技术中的一个重要方面,因此,导电纤维在传感器、防护服装、智能服装、医用及其他领域也具有广泛的应用前景_3]。
成。
图中Y值代表聚苯胺的氧化还原程度,不同的Y值对应不同的结构、组分、颜色和电导率,y一0时为完全还原(Leucoemeraldine Base,LEB),y一1时为完全氧化态(Pernigrani¨ne Base,PB),y===0.5时为中间氧化态(Emeraldine base,EB)。
与前两者相比,中间氧化态是一种较为稳定的结构,此时聚苯胺大分子链由苯二胺和醌二亚胺的交替结构组成。
完全氧化态和完全还原态聚苯胺均不具有导电性,中间氧化态的本征态聚苯胺也是绝缘体,但利用共轭高聚物容易被氧化或还原这一特性,可使聚苯胺迅速并可逆地在绝缘体与导体之间转换,通过掺杂及改变掺杂物的浓度及种类就可使其导电率的变化达到18个数量级。
导电纤维研究报告
导电纤维研究报告导电纤维是一种将导电材料组织在纺织纤维中的新型材料。
近年来,随着人们对智能材料和可穿戴设备的需求不断增加,导电纤维得到了广泛的应用和研究。
本报告就导电纤维的研究进行了综述。
首先,导电纤维的制备方法有多种,常见的方法有溶胶-凝胶法、湿法旋涂、电化学沉积等。
其中,溶胶-凝胶法是最常用的方法之一。
该方法通过溶胶中的聚合物形成纤维状结构,再通过凝胶法固化聚合物,最后将导电材料注入纤维内。
这种方法制备的导电纤维具有良好的导电性能和柔韧性。
其次,导电纤维的导电机理主要有两种,一种是直接导电机制,即导电材料成为纤维中的导电体;另一种是间接导电机制,即导电材料形成导电层覆盖在纤维表面。
直接导电机制的导电纤维具有更好的导电性能和耐久性,但制备难度较大。
导电纤维的应用非常广泛。
在智能材料领域,导电纤维可用于制作智能衣物、智能家居等,以实现舒适度、健康和安全等方面的提升。
在电子设备领域,导电纤维可用于制作电子器件、传感器等,以实现更加便携和灵活的电子设备。
在医疗领域,导电纤维可用于制作医疗敷料、人工皮肤等,以实现更加精确和高效的医疗治疗。
然而,导电纤维的研究仍存在一些问题和挑战。
首先,导电纤维的导电性能和柔韧性之间存在一定的矛盾。
目前,导电纤维的柔韧性仍然有待提升。
其次,导电纤维的制备成本较高,需要进一步降低制备成本,提高制备效率。
再者,导电纤维的稳定性和耐用性亦是一个挑战,尤其是在实际应用中经过长时间的使用后。
综上所述,导电纤维是一种新兴的智能材料,具有广阔的应用前景。
然而,导电纤维的研究仍面临一些挑战,需要在导电性能、柔韧性、制备成本和稳定性等方面进行深入研究和改进。
相信随着技术的不断进步,导电纤维将会在各个领域得到更加广泛的应用。
导电导热纤维
导电导热纤维
导电导热纤维是一种具有导电和导热性能的新型纤维材料。
它主要通过在纤维中加入导电或导热材料,如金属纤维、碳纤维、金属纳米颗粒等,以提高纤维的导电和导热性能。
导电导热纤维在许多领域具有广泛的应用,如纺织、电子、能源、环保等。
导电纤维的应用:
1.抗静电纺织品:导电纤维可以用于生产抗静电纺织品,如工作服、地毯等,以减少静电的产生和积累。
2.电磁屏蔽材料:导电纤维可用于制作电磁屏蔽材料,如手机壳、电脑壳等,以减少电磁辐射对人体的影响。
3.智能纺织品:导电纤维可以用于制作智能纺织品,如可穿戴设备、传感器等,以实现对人体生理信号的监测和控制。
4.能源存储和转换:导电纤维可用于制作超级电容器、锂离子电池等能源存储和转换设备,提高其性能。
5.热管理:导电导热纤维可用于制作热管理材料,如散热器、热传导路径等,以提高设备的热传导效率和散热性能。
6.环保领域:导电纤维可用于处理有害废物、检测环境污染等,实现环境的监测和治理。
总之,导电导热纤维作为一种新型材料,具有广泛的应用前景。
随着科技的不断进步,导电导热纤维在各个领域的应用将越来越多样化,为人们的生活带来更多便利。
导电纤维研究报告总结
导电纤维研究报告总结
本研究报告主要研究导电纤维的制备方法、性能特点和应用领域。
在制备方法方面,研究报告介绍了常见的制备导电纤维的两种方法:化学法和物理法。
化学法主要是通过对纤维进行化学修饰,使其具有导电性能;物理法则是通过在纤维表面涂覆导电材料或在纤维内部掺入导电剂来实现导电功能。
在性能特点方面,导电纤维具有优异的导电性和柔软性。
高导电性使得导电纤维可以用于制作导电线路和传感器等电子器件;同时,柔软性保持了纤维材料的可塑性和拉伸性,使其适用于各种纺织品的制作。
在应用领域方面,导电纤维具有广泛的潜在应用领域。
研究显示,导电纤维可以应用于电子器件、智能纺织品、医疗器械、能源储存等领域。
导电纤维可以用于制作柔性电子器件,如智能手表、智能手套等;还可以用于制作具有传感功能的智能纺织品,如智能健康监测服装等;同时,导电纤维还可以用于制作高效的能源储存器件,如超级电容器。
综上所述,导电纤维是一种具有广泛应用潜力的新兴材料。
研究报告总结了导电纤维的制备方法、性能特点和应用领域,对于进一步推动导电纤维的研究和应用具有重要的意义。
导电纱线功能
导电纱线功能的介绍随着科技的不断发展,导电纱线作为一种新型材料,被广泛应用于各个领域。
导电纱线是一种纺织品,它的制作材料是由导电纤维和普通纤维混合而成的。
导电纤维通常是金属纤维、碳纤维、导电纤维素等,而普通纤维则可以是棉、麻、丝、毛等。
导电纱线的主要作用是传导电流,因此在电子、通讯、医疗、汽车、航空航天等领域得到了广泛的应用。
一、导电纱线在电子领域的应用导电纱线在电子领域的应用非常广泛,主要是用于制作电子产品中的导线、电缆、电极等。
导电纱线的导电性能优良,可以有效地传输电流,因此在电子产品中得到了广泛的应用。
例如,在手机、平板电脑、笔记本电脑等电子产品中,导电纱线被用于连接各个电子元件,实现电流的传输和控制。
二、导电纱线在医疗领域的应用导电纱线在医疗领域的应用也非常广泛,主要是用于制作医疗器械和医疗设备。
导电纱线的导电性能可以有效地传输生物电信号,因此在医疗设备中得到了广泛的应用。
例如,在心电图仪、脑电图仪、肌电图仪等医疗设备中,导电纱线被用于传输生物电信号,实现对患者生理状态的监测和诊断。
三、导电纱线在汽车领域的应用导电纱线在汽车领域的应用也非常广泛,主要是用于制作汽车电子设备和汽车电路。
导电纱线的导电性能可以有效地传输电流,因此在汽车电子设备和汽车电路中得到了广泛的应用。
例如,在汽车电子设备中,导电纱线被用于连接各个电子元件,实现汽车电子设备的控制和管理;在汽车电路中,导电纱线被用于传输电流,实现汽车电路的正常运行。
四、导电纱线在航空航天领域的应用导电纱线在航空航天领域的应用也非常广泛,主要是用于制作航空航天器的电子设备和电路。
导电纱线的导电性能可以有效地传输电流,因此在航空航天器的电子设备和电路中得到了广泛的应用。
例如,在航空航天器的电子设备中,导电纱线被用于连接各个电子元件,实现航空航天器的控制和管理;在航空航天器的电路中,导电纱线被用于传输电流,实现航空航天器的正常运行。
总之,导电纱线作为一种新型材料,具有很多优良的性能和功能。
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导电纤维尚无明确定义,通常把电阻率小于107Ω・cm的纤维定义为导电纤维。
导电纤维的现有品种类型有:金属纤维(不锈钢纤维、铜纤维、铝纤维等)、碳纤维和有机导电纤维。
有机导电纤维又包括普通纺织纤维镀金属,普通纺织纤维镀碳,石墨、金属或金属氧化物等导电性物质与普通高聚物共混或复合纺丝制成的导电纤维,导电高分子直接纺丝制成的有机导电纤维。
这些导电纤维从其结构可分为导电成分均一型、导电成分被覆型、导电成分复合型三类。
导电纤维具有优良的导电性,其纺织产品主要有抗静电功能和防辐射功能,所以导电纤维在电子业、广电、IT、电力、电信、民航、医药及精密仪器等领域应用非常广泛。
1导电纤维纺织产品的抗静电功能
在工业生产中,织物及服装的静电放电可引起电击,虽然能量较小,但可产生许多干扰,甚至间接造成严重灾害。
例如:接触易燃物质时,穿着化纤工作服可因摩擦产生静电火花,易引起爆炸事故;在电子行业,静电可造成电子元器件受损,质量下降,甚至报废。
因此在易燃易爆及电子行业,穿着具有防静电功能的工作服是保证人身安全和产品质量的重要手段。
物质蓄积静电荷的高低与静电散逸速度之快慢有关,通常电阻值愈低的物质,其静电散逸速度愈快,不易累积静电;反之,电阻值愈高的物质,其静电散逸速度愈慢,容易累积很高的静电。
抗静电的纺织品有很多种,其中一种是在普通纤维织物中纺入导电纤维,使织物导电性增强,从而使织物上产生的电荷能很快放掉,可有效防止静电局部蓄积;同时导电纤维还具电晕放电功能,能起到向大气中放掉静电的效果。
电晕放电是一种极其微弱的放电现象,已确认它不可能成为可燃性气体的着火源,因此导电纤维织物在不接地情况下,也可用电晕放电方式消除静电;若导电纤维接触大地,则在电晕放电的同时,静电也可通过导电方式被导入大地,使织物带电量更小,从而达到防静电效果。
纺织品静电性能检测标准有GB/T12703—1991《纺织品静电测试方法》和GB12014—1989《防静电工作服》。
按照GB12014—1989将工作服放入滚筒摩擦机内摩擦使其带电,把带静电的工作服投入法拉第筒内,从静电计上读出电容(C)上的电压值(V),利用Q=CV计算电荷量(Q)。
测量纺织品的带电电荷量,可按照GB/T12703—1991进行。
2导电纤维纺织产品的防辐射功能
随着科技的进步,越来越多的电子产品进入人们的生活,空调机、计算机、电视机、电冰箱、微波炉、卡拉OK机、电热毯、移动电话等电子产品在正常工作时会产生各种不同波长和频率的电磁波,它虽然无色、无味、无形,却又无处不在。
电磁辐射能引起人体神经、生殖、心血管、免疫功能及眼睛等方面的病变,对长期处于较强电磁辐射环境下工作的人危害很大。
其症状主要表现在:头晕、记忆力减退、注意力不集中、抑郁、皮肤老化、腰背酸痛等。
所以对于长期在较强电磁辐射环境工作的人员来说,穿着防辐射服是很有必要的。
防辐射织物主要功能是屏蔽辐射。
屏蔽辐射的材料有很多,其中一种是使用了导电纤维的屏蔽织物,这种屏蔽织物是通过特定的工艺在普通纤维中按一定比例纺入导电纤维而制成。
导电纤维具有良好的导电性,内部有许多自由电荷,因而当电磁波照射到纤维表面上时,织物中均匀分布的导电纤维作为导电介质能将电磁波转化或传递出去,从而实现屏蔽的作用。
防辐射纺织品的检验目前没有国家标准,大部分报告采用美国材料试验协会标准ASTMD4935—1999《测量平面材料电磁屏蔽效率的试验方法》。
随着社会的进步,人们对生活质量的要求越来越高,人们会更加关注电磁辐射的危害,防辐射服装的市场需求也会相应增大,制定防辐射纺织品检验的国家标准不仅对消费者有利,也将对规范防辐射服装企业,提升防辐射纺织产品的质量,提高我国该产业在国际上的竞争力起到积极的作用。
导电纤维——
—一种新型功能性纺织材料
兰繁
四川省纤维检验局
[关键词]导电纤维;特性;功能
知识窗
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中国纤检2007年第3期。